CN108817641B - 一种两轴回填式搅拌摩擦点焊装置 - Google Patents

Abstract

一种两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，涉及搅拌摩擦焊接装置，包括外壳体及搅拌针、袖套、夹套，外壳体内设有第一丝杠副，其螺母上设有袖套套筒，袖套套筒经第一轴承、袖套滚动花键螺母与袖套相连；设有螺杆上端部可轴向自由滑动的设在第一丝杠副的螺杆下端内的第二丝杠副，第二丝杠副的螺母与第一丝杠副的螺杆下端固定连接，第二丝杠副的螺杆经第二轴承连接搅拌针轴，搅拌针轴下端与搅拌针连接；第一丝杠副与第二丝杠副的旋向相反、螺距之比等于袖套横截面面积与搅拌针下部横截面面积的反比；设有驱动电机滚动花键螺母转动的第一动力源和驱动第一丝杠副的螺杆转动得第二动力源。本发明结构轻巧、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长。

Description

一种两轴回填式搅拌摩擦点焊装置

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，详细讲是一种结构轻巧、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置。

背景技术

随着社会对节能环保的日益重视，轻量化成为了汽车、动车等现代交通运输业以及航空航天等工业制造领域的发展方向。这使得轻质高强材料如铝合金、镁合金等的应用得到了越来越广泛的关注，但同时也对这些材料的连接技术提出了更高的要求。铝合金以其质量轻、强度高等优点，被大量广泛的应用于各行各业，尤其是汽车、航空业。目前，铝合金主要的连接方式为电阻点焊和铆接，但它们存在许多局限性和缺陷，制约了铝合金在工业领域的应用。

搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding,简称FSSW）技术应运而生，它是在搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)技术的基础上研究开发的一种新型的固相焊接技术。采用FSSW技术可以形成类似电阻点焊和铆接的搭接接头，并且具有接头质量高，焊接质量稳定，变形小以及高效节能等优点，有效的弥补了电阻点焊和铆接的缺陷。回填式搅拌摩擦点焊的出现又成功的解决了传统搅拌摩擦点焊焊接完成后在焊点中心留有匙孔的问题，可以一次获得无匙孔、力学性能更佳的搭接接头，生产效率高而且易于实现自动化。现有的回填式搅拌摩擦点焊装置存在动力传输系统复杂、稳定性差，搅拌针、袖套易发生形变，点焊效果差、使用寿命短，装置整体体积大等缺点。

国家知识产权局于2013年11月公开了一项名称为：一种回填式搅拌摩擦焊接方法及其装置、申请号：201310347507.X的发明专利申请，虽然该装置实现了回填式搅拌摩擦点焊的功能，但其仍存在如下缺陷：一、搅拌针通过花键副带动袖套旋转，是内层带动外层旋转，扭矩大，动力要求高、能效低；二、传动机构复杂、体积大，易产生转动惯量大、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性差；三、工作时，搅拌针和袖套上下运动的动力施力点与阻力受力点不同轴，存在侧向载荷，搅拌针和袖套产生形变，焊接精度低、效果差，搅拌针和袖套及外套间由于形变而易磨损，使用寿命短。四、双动力源双丝杠分别驱动搅拌针和袖套上下运动，结构复杂、浪费空间，丝杠过长驱动、稳定性差。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构轻巧、系统稳定性高，焊接精度高、效果好，使用寿命长的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可自由转动及上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内的上部设有第一丝杠副，第一丝杠副的螺母上设有袖套套筒，外壳体上设有上限位滑槽，袖套套筒上设有与上限位滑槽相配合的可在其内上下滑动，周向不能移动的套筒限位块，袖套套筒下端经第一轴承连接有袖套滚动花键螺母，袖套滚动花键螺母下端与袖套相连；第一丝杠副下方设有同轴的第二丝杠副，第一丝杠副的螺杆下端设有滑槽，第二丝杠副的螺杆上端部可轴向自由滑动的设在滑槽内，第二丝杠副的螺母与第一丝杠副的螺杆下端固定连接，袖套套筒上设有下限位滑槽，第二丝杠副的螺杆上经连接臂安装有与下限位滑槽相配合的可在其内上下滑动，周向不能移动的螺杆限位块，第二丝杠副的螺杆下端部经第二轴承连接有搅拌针轴，搅拌针轴下端与搅拌针连接，搅拌针轴为花键轴，袖套滚动花键螺母与搅拌针轴配合；所述的第一丝杠副和第二丝杠副的旋向相反，第一丝杠副与第二丝杠副的螺距之比等于袖套下部横截面面积与搅拌针下部横截面面积的反比；搅拌针轴上端设有套设在第二丝杠副的螺杆下部的电机滚动花键轴，电机滚动花键轴外侧上设有与之配合的电机滚动花键螺母，设有第一动力源和第二动力源，第一动力源与电机滚动花键螺母相连，用于驱动电机滚动花键螺母转动；第二动力源与第一丝杠副的螺杆相连，用于驱动第一丝杠副的螺杆转动。

本发明中所述的袖套套筒上设有安装滑槽口，外壳体上设有穿过安装滑槽口经第三轴承与电机滚动花键螺母连接的定位座。袖套套筒与定位座间可相对轴向滑动，运行更稳定。

本发明中所述的第一丝杠副和第二丝杠副为滚珠丝杠副，

本发明中所述的外壳体由至少两部分组合而成。便于本发明的装卸及维修。

本发明有两个自由度，其所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与电机滚动花键螺母和第一丝杠副的螺杆相连。（分别用于驱动搅拌针、袖套和第一丝杠副的螺杆转动）。

第一伺服电机经电机轴带轮、同步带与固定在搅拌针滚动花键螺母上的同步带轮相连，通过花键副驱动固定在电机滚动花键轴上的搅拌针轴转动；第二伺服电机经减速器与上侧丝杠螺杆相连，驱动上侧丝杠螺杆转动。

本发明中所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。控制器用于控制其工作状态。

本发明在工作时，将第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源接通，使用加压装置驱动本发明，使夹套压紧在待焊工件上，第二动力源工作、带动袖套和搅拌针紧贴工件上表面，第一动力源工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明的点焊装置上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输系统简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套相对运动稳定且不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小、质量轻等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体23及由搅拌针19、管状的袖套20、夹套18组成的搅拌头，夹套18固定在外壳体23下端部，用于压紧待焊工件，袖套20可上下滑动的套设于夹套18内，搅拌针19可自由转动及上下滑动的套设于袖套20内，袖套下部呈圆管状，搅拌针下部插入袖套下部内的部分为与之配合的圆柱，袖套20与搅拌针19的接触面及袖套20与夹套18的接触面均为镜面，外壳体23内的上部经轴承24安装有第一丝杠副，第一丝杠副的螺母2下端部外侧上设有可在外壳体23内上下滑动的袖套套筒3，外壳体23的上部侧壁上设有上限位滑槽，袖套套筒3上设有与上限位滑槽相配合的可在其内上下滑动、周向不能移动的套筒限位块4，袖套套筒3下端经第一轴承架16、第一轴承17连接有袖套滚动花键螺母21，袖套滚动花键螺母21下端与袖套上端同轴相连；第一丝杠副下方设有同轴的第二丝杠副，第一丝杠副的螺杆1下端轴向设有滑槽，第二丝杠副的螺杆6上端部可轴向自由滑动的设在滑槽内，第二丝杠副的螺母5上端与第一丝杠副的螺杆1下端固定连接，袖套套筒3上设有下限位滑槽，第二丝杠副的螺杆6上经连接臂安装有与下限位滑槽相配合的可在其内上下滑动，周向不能移动的螺杆限位块7，第二丝杠副的螺杆6下端部经第二轴承架13、第二轴承14连接有搅拌针轴15，第二丝杠副的螺杆6下端可在搅拌针轴上部内自由转动，搅拌针轴15下端与搅拌针19同轴连接，搅拌针轴15为花键轴，袖套滚动花键螺母与搅拌针轴花键配合相连，搅拌针轴15经袖套滚动花键螺母21传动、带动袖套20转动；袖套套筒3可在外壳体23内上下滑动、带动袖套上下移动；搅拌针轴15可在袖套滚动花键螺母21内上下滑动；所述第一丝杠副和第二丝杠副为滚珠丝杠副，第一丝杠副和第二丝杠副的螺纹旋向相反，第一丝杠副与第二丝杠副螺纹的螺距之比等于袖套下端面面积与搅拌针下端面面积的反比；搅拌针轴15上端设有套设在第二丝杠副的螺杆6下部的电机滚动花键轴8，电机滚动花键轴8与第二丝杠副的螺杆6可相对自由转动，电机滚动花键轴8外侧上设有与之花键配合连接的电机滚动花键螺母9，电机滚动花键螺母9上设有被动带轮10，设有第一动力源22和第二动力源25，第一动力源和第二动力源均为伺服电机，第一动力源的输出轴上设有主动带轮，主动带轮经同步带与被动带轮10相连，外壳体和袖套套筒上分别设有用于安装同步带的传动槽口，第一动力源经主动带轮、同步带、被动带轮、袖套滚动花键副带动与电机滚动花键轴相连的搅拌针轴转动；第二动力源25的输出轴与第一丝杠副的螺杆1上端同轴相连，带动第一丝杠副的螺杆转动，实现第一丝杠副的螺杆和第二丝杠副的螺母原地转动，并使第一丝杠副的螺母2和第二丝杠副的螺杆6上下运动；所述的上侧丝杠螺杆、下侧丝杠螺杆、搅拌针轴和袖套套筒同轴。本发明有两个自由度。

本发明进一步改进，所述的袖套套筒上与电机滚动花键螺母相对处设有安装滑槽口，外壳体上设有穿过安装滑槽口经第三轴承11与电机滚动花键螺母9下部连接的定位座12；袖套套筒与定位座12间可相对轴向滑动，运行更稳定。所述的外壳体由多节段组合而成；便于本发明的装卸及维修。所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连；控制器用于控制其工作状态。

本发明在工作时，将第一动力源、第二动力源和控制器的电源线与电源接通，使用加压装置驱动本发明的点焊装置，使夹套压紧在待焊工件上，第二动力源工作、带动袖套和搅拌针紧贴工件上表面，第一动力源工作、带动袖套和搅拌针旋转，与工件摩擦生热，使工件塑化；当工件材料达到足够的塑性状态时，通过控制第二动力源使袖套下压，搅拌针上升或者袖套上升，搅拌针下压。上升是为了给塑性材料提供空间，下压是为了对塑性材料进行搅拌，促进其融合。当搅拌针或袖套下压达到焊接厚度要求时，搅拌针和袖套反向相对运动，进一步促进材料融合，同时起到回填作用。当搅拌针和袖套反向运动到焊接前的平面时，加压装置带动本发明的点焊装置上升，夹套离开工件，焊接完成。本发明具有动力传输系统简单、动力传输稳定，搅拌针和袖套相对运动稳定且不会因受径向力而发生形变，有效减轻了摩擦、振动、噪声及磨损等问题，整体稳定性高，焊接效果佳、使用寿命长，装置整体体积小、质量轻等优点。

Claims (6)

1.一种两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，包括外壳体及由搅拌针、袖套、夹套组成的搅拌头，夹套固定在外壳体下端部，袖套可上下滑动的套设于夹套内，搅拌针可自由转动及上下滑动的套设于袖套内，其特征在于外壳体内的上部设有第一丝杠副，第一丝杠副的螺母上设有袖套套筒，外壳体上设有上限位滑槽，袖套套筒上设有与上限位滑槽相配合的可在其内上下滑动、周向不能移动的套筒限位块，袖套套筒下端经第一轴承连接有袖套滚动花键螺母，袖套滚动花键螺母下端与袖套相连；第一丝杠副下方设有同轴的第二丝杠副，第一丝杠副的螺杆下端设有滑槽，第二丝杠副的螺杆上端部可轴向自由滑动的设在滑槽内，第二丝杠副的螺母与第一丝杠副的螺杆下端固定连接，袖套套筒上设有下限位滑槽，第二丝杠副的螺杆上经连接臂安装有与下限位滑槽相配合的可在其内上下滑动、周向不能移动的螺杆限位块，第二丝杠副的螺杆下端部经第二轴承连接有搅拌针轴，搅拌针轴下端与搅拌针连接，搅拌针轴为花键轴，袖套滚动花键螺母与搅拌针轴配合；所述的第一丝杠副和第二丝杠副的旋向相反，第一丝杠副与第二丝杠副的螺距之比等于袖套下部横截面面积与搅拌针下部横截面面积的反比；搅拌针轴上端设有套设在第二丝杠副的螺杆下部的电机滚动花键轴，电机滚动花键轴外侧上设有与之配合的电机滚动花键螺母，设有第一动力源和第二动力源，第一动力源与电机滚动花键螺母相连，用于驱动电机滚动花键螺母转动；第二动力源与第一丝杠副的螺杆相连，用于驱动第一丝杠副的螺杆转动。

2.根据权利要求1所述的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的袖套套筒上设有安装滑槽口，外壳体上设有穿过安装滑槽口经第三轴承与电机滚动花键螺母连接的定位座。

3.根据权利要求1所述的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的第一丝杠副和第二丝杠副为滚珠丝杠副。

4.根据权利要求1所述的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的第一丝杠副的螺杆和第二丝杠副的螺杆、搅拌针轴和袖套套筒同轴。

5.根据权利要求1所述的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于仅有两个自由度，其所述的第一动力源和第二动力源均为伺服电机，两台伺服电机经传动装置分别与搅拌针轴和第一丝杠副的螺杆相连。

6.根据权利要求1所述的两轴回填式搅拌摩擦点焊装置，其特征在于所述的第一动力源和第二动力源的控制端分别与控制器相连。

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